KR20220014006A

KR20220014006A - Method for communicating in ad hoc network based on cluster

Info

Publication number: KR20220014006A
Application number: KR1020200093536A
Authority: KR
Inventors: 김준식
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2022-02-04

Abstract

The present invention is to provide a method for communicating in an ad hoc network based on a cluster, which enables fast communication link to be formed through a pre-configured cluster and maintains a seamless connection to a narrow beam area even in high-speed movement. In an ad hoc network based on a cluster, a node performs an initial access procedure by exchanging a node-specific reference signal with a relay node set by using a moving object position vector, and configures a cluster through a link established with the relay node through the initial access procedure.

Description

How to communicate in a cluster-based ad hoc network

본 발명은 클러스터 기반 애드혹 네트워크에서의 통신 방법에 관한 것으로, 특히 초고주파의 특성에 따라 좁은 빔으로 구성된 클러스터 기반 애드혹 네트워크에서의 통신 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a communication method in a cluster-based ad-hoc network, and more particularly, to a communication method in a cluster-based ad-hoc network configured with a narrow beam according to the characteristics of a very high frequency.

셀룰러 네트워크 및 무선 랜 등을 포함하는 기존의 통신망들은 이동 노드들이 기지국이나 AP(Access Point) 등을 통해 네트워크에 접속하므로, 기지국이나 AP 근처로 지역적인 영역이 구별되는 특성을 가지고 있다. 이러한 지역적인 영역이 셀룰러 망에서는 기지국의 통신 영역을 제한하는 셀(cell)이라고 정의되고, 다른 종류의 망에서는 접속 지점과 연관된 전송 범위(covered area)라고 부른다. Existing communication networks, including cellular networks and wireless LANs, have a characteristic of distinguishing regional areas near the base station or AP because mobile nodes access the network through a base station or an access point (AP). This regional area is defined as a cell that limits the communication area of the base station in a cellular network, and is called a covered area associated with an access point in other types of networks.

셀리스(Cell-less) 기술은 5G 기술 중 하나로써 이종망 계층들 간에 수직적으로, 혹은 인접셀 간에 수평적인 잦은 핸드 오버를 피하고, 셀들과 계층들의 경계에서 발생하는 간섭 관리를 단순화하기 위해 제안된 기술로서, 이동 노드가 끊김 없이 효율적이고 안정적으로 통신 상태를 유지하기 위해, 무선 접속 가상화(Radio Access Virtualization)를 통해 기존의 기지국 기반에서 사용자의 이동 노드 기반으로 셀 환경을 변화시키는 것이다. 즉 다수의 기지국이 협력하여 사용자의 이동 노드가 항상 셀의 중심에 있도록 무선 환경을 조성하는 것이다. 이러한 경우 이동 노드 주변에 형성된 셀은 가상 셀로서, 현재까지의 연구 방향은 SDR(Software Defined Radio) 기술을 기반으로 셀이 없는(no-cell) 환경을 실현하는 것을 목표로 하고 있다. Cell-less technology, as one of 5G technologies, is proposed to avoid frequent handovers between heterogeneous network layers vertically or horizontally between adjacent cells, and to simplify interference management at the boundary between cells and layers. As a technology, in order for a mobile node to efficiently and stably maintain a communication state without interruption, a cell environment is changed from an existing base station base to a user's mobile node base through radio access virtualization. That is, a plurality of base stations cooperate to create a wireless environment so that the user's mobile node is always at the center of the cell. In this case, the cell formed around the mobile node is a virtual cell, and the current research direction aims to realize a cell-free environment based on SDR (Software Defined Radio) technology.

이동 애드혹 네트워크는 고정된 네트워크 인프라의 도움 없이 이동 노드만으로 구성된 자율적이고 독립적인 네트워크이다. 최근 애드혹 네트워크의 보안성과 효율성을 높이는 방법으로 무선 노드의 릴레이 기능을 활용한 클러스터 기반 애드혹 네트워크가 대두되고 있다. 특히, 초고주파 환경에서 주파수 특성에 따라 발생하는 좁은 빔 폭과 짧은 도달 거리로 인해 이동 통신 셀 영역 확보가 어려운 경우, 이동 노드의 릴레이 기능을 활용하여 각 노드의 경로 연결을 통해 클러스터를 형성함으로써 통신 영역을 확장시킨다. A mobile ad-hoc network is an autonomous and independent network composed of only mobile nodes without the aid of a fixed network infrastructure. Recently, a cluster-based ad-hoc network using a relay function of a wireless node is emerging as a way to increase the security and efficiency of the ad-hoc network. In particular, when it is difficult to secure a mobile communication cell area due to the narrow beam width and short reach that occur according to the frequency characteristics in the ultra-high frequency environment, the relay function of the mobile node is utilized to form a cluster through the path connection of each node to form a communication area. expand the

이와 같이, 셀을 구성하지 않고 각 노드들의 경로 연결을 통해 통신 영역이 구성되는 경우, 초기 무선 접속 절차는 통신 지연을 유발시키는 큰 요인이 된다. 또한 좁은 빔 영역과 고속 이동으로 인해 발생하는 빈번한 핸드오버로 인해 끊김 없는 연결을 유지하기 어려울 수 있다.In this way, when a communication area is configured through path connection of each node without configuring a cell, the initial wireless access procedure becomes a large factor inducing communication delay. In addition, it may be difficult to maintain a seamless connection due to frequent handovers caused by a narrow beam area and high-speed movement.

본 발명이 해결하려는 과제는 미리 구성된 클러스터를 통해 빠른 통신 링크 형성을 가능하게 하고, 좁은 빔 영역과 고속 이동 시에도 끊김 없는 연결을 유지할 수 있도록 하는 클러스터 기반 애드혹 네트워크에서의 통신 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a communication method in a cluster-based ad hoc network that enables fast communication link formation through a pre-configured cluster and maintains a seamless connection even in a narrow beam area and high-speed movement.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 클러스터 기반 애드혹 네트워크에서 노드가 클러스터를 구성하는 방법이 제공된다. 클러스터 구성 방법은 이동체 위치 벡터를 이용하여 설정되는 릴레이 노드와 노드 고유의 기준 신호를 교환하여 초기 접속 절차를 수행하는 단계, 그리고 상기 초기 접속 절차를 통해 상기 릴레이 노드와 설정된 링크를 통해 클러스터를 구성하는 단계를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a method in which a node configures a cluster in a cluster-based ad hoc network. The cluster configuration method includes performing an initial access procedure by exchanging a node-specific reference signal with a relay node set using a moving object position vector, and configuring a cluster through the link established with the relay node through the initial access procedure. includes steps.

본 발명의 실시 예에 의하면, 좁은 빔으로 구성된 이동통신 네트워크에서 기지국/허브에 의한 통신 커버리지 확보가 어려운 경우 이동 노드의 릴레이 기능을 활용하여 애드혹 클러스터를 구성하여 통신영역을 확장하고, 멀티 홉 다중 경로 기반 안정성 확보와 통신 지연을 최소화하여 무선 접속을 안정적으로 유지하여 끊김 없는 이동성을 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when it is difficult to secure communication coverage by a base station/hub in a mobile communication network configured with a narrow beam, an ad-hoc cluster is configured using the relay function of the mobile node to expand the communication area, and multi-hop multi-path It is possible to provide seamless mobility by maintaining stable wireless connection by securing base stability and minimizing communication delay.

또한 클러스터 노드 간의 성능 측정을 기반으로 경로의 재구성을 통해 망 자원의 활용도를 높이고 장애물 및 음영지역에 의해서 발생하는 서비스 품질 관련 문제점들을 해결할 수 있다. In addition, it is possible to increase the utilization of network resources and solve problems related to service quality caused by obstacles and shaded areas through path reconfiguration based on performance measurement between cluster nodes.

또한 새로운 이동통신 시스템에서 초고주파 영역에서의 빔포밍을 사용하는 경우 강한 직진성으로 장애물에 의한 무선 접속의 단절 및 급격한 환경 변화에 따른 통신 불안정으로부터 무선 링크 복구 및 안정적인 이동성을 제공할 수 있다.In addition, when beamforming in the ultra-high frequency region is used in a new mobile communication system, it is possible to provide wireless link recovery and stable mobility from communication instability caused by disconnection of wireless connection due to obstacles and rapid environmental change with strong straightness.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 기반 애드혹 네트워크를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 기반 애드혹 네트워크에서 클러스터의 이동성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 노드의 기능 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 빔선택 스위치의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 라우팅 헤더를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 노드의 상태 천이도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 운영 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 이동체 위치 벡터 운용 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 게이트웨이 설정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터를 설정하고 운영하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 기반 애드혹 네트워크에서의 무선 접속 절차를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 노드가 클러스터 병합 상태에서 릴레이 상태로 천이하기 위한 클러스터 무선 접속 절차를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 노드가 허브 연결이 끊어진 상태에서 클러스터에 병합하기 위한 클러스터 무선 접속 절차를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a cluster-based ad hoc network according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating cluster mobility in a cluster-based ad hoc network according to an embodiment of the present invention.
3 is a functional configuration diagram of a cluster node according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a structural diagram of the beam selection switch shown in FIG. 3 .
5 is a diagram illustrating a cluster routing header according to an embodiment of the present invention.
6 is a state transition diagram of a cluster node according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a cluster operating method according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a method of operating a moving object position vector according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a method for configuring a cluster gateway according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart illustrating a method of setting up and operating a cluster according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a radio access procedure in a cluster-based ad hoc network according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating a cluster radio access procedure for a cluster node to transition from a cluster merge state to a relay state according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating a cluster radio access procedure for merging a cluster node into a cluster in a state in which the hub connection is disconnected according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification and claims, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 기반 애드혹 네트워크에서의 통신 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.A communication method in a cluster-based ad hoc network according to an embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 기반 애드혹 네트워크를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a cluster-based ad hoc network according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 클러스터 기반 애드혹 네트워크는 네트워크 인프라와 연결된 허브/기지국(이하, "기지국"이라 함)(20)이 구성하는 셀(40)과 셀(40)을 통해 네트워크 인프라와 연결된 클러스터 게이트웨이 노드(1), 그리고 클러스터 게이트웨이 노드(1)를 통해 네트워크 인프라와 접속 가능하게 구성된 클러스터(30)로 구성된 네트워크를 의미한다. 즉, 클러스터 내 노드들(1~10) 중에 셀(40) 내 기지국(20)과 통신을 담당하는 클러스터 게이트웨이 노드(1)가 존재한다면, 클러스터 내 노드들(1~10)들은 클러스터 게이트웨이 노드(1)를 통해 네트워크 인프라와 연결될 수 있다.Referring to FIG. 1 , in a cluster-based ad hoc network, a cell 40 configured by a hub/base station (hereinafter, referred to as a “base station”) 20 connected to a network infrastructure and a cluster gateway connected to the network infrastructure through the cell 40 It refers to a network including the node 1 and the cluster 30 configured to be connectable to the network infrastructure through the cluster gateway node 1 . That is, if there is a cluster gateway node 1 in charge of communication with the base station 20 in the cell 40 among the nodes 1 to 10 in the cluster, the nodes 1 to 10 in the cluster are the cluster gateway nodes ( It can be connected to the network infrastructure through 1).

노드들(1~10)은 릴레이 기능을 이용하여 클러스터(30)를 구성할 수 있다. 이때 클러스터(30) 내 노드들(1~10)은 클러스터 멤버 노드가 된다. 네트워크에서 클러스터(30)는 라우팅을 수행하는 목적으로 형성될 수 있다. The nodes 1 to 10 may configure the cluster 30 using a relay function. At this time, the nodes 1 to 10 in the cluster 30 become cluster member nodes. In the network, the cluster 30 may be formed for the purpose of performing routing.

노드들(1~10)은 마스터 링크 및/또는 클러스터 링크를 통해 기지국 또는 다른 노드와 연결될 수 있다. 클러스터 게이트웨이 노드(1)를 기지국(20)과 접속시키기 위한 마스터 링크는 기지국(20)으로부터 직접 설정된 링크이고, 클러스터 링크는 클러스터(30) 내에서 노드간 설정된 링크이다. 클러스터 게이트웨이 노드(1)는 마스터 링크를 통해 기지국(20)과 연결되고, 클러스터 링크를 통해 클러스터 내 노드들(2, 4)과 연결될 수 있다. 노드들(1~10)은 클러스터 링크를 복수로 설정할 수 있으며, 이와 같은 통신 경로 다중화를 통해서 장애물에 의한 통신 단절을 방지할 수 있다. The nodes 1 to 10 may be connected to a base station or other node through a master link and/or a cluster link. The master link for connecting the cluster gateway node 1 to the base station 20 is a link established directly from the base station 20 , and the cluster link is a link established between nodes in the cluster 30 . The cluster gateway node 1 may be connected to the base station 20 through the master link, and may be connected to the nodes 2 and 4 in the cluster through the cluster link. The nodes 1 to 10 may set up a plurality of cluster links, and through such communication path multiplexing, communication disconnection due to obstacles may be prevented.

클러스터(30) 내 노드들(1~10)은 자신의 셀 ID(identifier)와 클러스터 ID를 교차 관리함으로서 셀 이동성과 클러스터 이동성을 보장 받을 수 있다. The nodes 1 to 10 in the cluster 30 may be guaranteed cell mobility and cluster mobility by cross-managing their own cell identifiers and cluster IDs.

또한 특정 영역 내의 클러스터는 SDN(Software Defined Networking) 기능을 수용할 수 있는 클러스터 관리자에 의해 세션 정보 관리가 이루어진다. In addition, in a cluster within a specific area, session information management is performed by a cluster manager capable of accommodating a Software Defined Networking (SDN) function.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 기반 애드혹 네트워크에서 클러스터의 이동성을 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating cluster mobility in a cluster-based ad hoc network according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 클러스터 기반 애드혹 네트워크에서는 네트워크 인프라와 연결된 기지국(20)으로부터 클러스터 게이트웨이 노드(1)를 통해 클러스터(30)가 구성될 수 있다. 기지국(20)의 셀(40) 범위 밖의 클러스터(30)의 멤버 노드(예를 들면, 5)는 클러스터(30) 내 다른 노드(2, 3)와 클러스터 링크를 설정하여 기지국(20)과 통신을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 2 , in a cluster-based ad hoc network, a cluster 30 may be configured from a base station 20 connected to a network infrastructure through a cluster gateway node 1 . A member node (eg, 5) of the cluster 30 outside the range of the cell 40 of the base station 20 establishes a cluster link with other nodes 2 and 3 in the cluster 30 to communicate with the base station 20 can be performed.

한편, 클러스터(30)의 이동에 따라 클러스터 게이트 노드가 변경 및/또는 추가될 수 있다. 예를 들어, 기지국(20)과 연결되는 클러스터 게이트 노드가 노드(8)로 변경될 수 있고, 노드(1)는 다른 기지국(22)과 연결되는 클러스터 게이트 노드가 될 수 있다. 클러스터(30)는 두 개의 클러스터 게이트웨이 노드(1, 8)를 통해 구성되어, 클러스터 이동에 따른 핸드오버 발생 시 다중 경로를 통해 끊김 없는 통신 경로를 유지하게 된다. Meanwhile, a cluster gate node may be changed and/or added according to the movement of the cluster 30 . For example, a cluster gate node connected to the base station 20 may be changed to a node 8 , and the node 1 may be a cluster gate node connected to another base station 22 . The cluster 30 is configured through two cluster gateway nodes 1 and 8 to maintain a seamless communication path through multiple paths when handover occurs due to cluster movement.

클러스터(30)의 노드들(1~10)은 특정 서비스 객체[예를 들면, 5G 코어망 백홀 허브, 5G gNB(Next Generation Node B), 소형셀, RRU(remote radio unit), BBU(baseband unit)]와 직접 연결될 수도 있고, 서비스 개체간 전송 경로상의 릴레이 노드의 역할을 한다. Nodes 1 to 10 of the cluster 30 are specific service objects [eg, 5G core network backhaul hub, 5G Next Generation Node B (gNB), small cell, remote radio unit (RRU), baseband unit (BBU) )], and acts as a relay node on the transmission path between service entities.

클러스터 기반 애드혹 네트워크에서 전송 경로의 변경이 이루어지는 상황은 다음 두 가지 경우가 있을 수 있다. 첫 번째, 클러스터 노드간 경로가 손실되어 경로를 재설정하는 경우이다. 예를 들어, 셀(40)의 영역에서 서비스를 받는 노드(1)에서 노드(2)를 경유하여 노드(5)에 이르는 전송 경로상에서 노드(1)와 노드(2)간의 링크가 손실되는 경우, 노드(1)에서 노드(5)에 이르는 전송 경로는 노드(4)에서 노드(3)을 경유하여 노드(5)에 이르는 전송 경로로 변경될 수 있다. 두 번째, 클러스터 게이트웨이 노드(1)가 역할을 수행할 수 없어 클러스터 위상을 재설정하는 경우이다. 클러스터 게이트웨이 노드의 역할을 수행하는 노드(1)가 이동하여 셀(40)의 영역을 벗어나서 핸드오프를 수행하면서 클러스터 게이트웨이 노드의 역할을 할 수 없을 때 클러스터 게이트웨이 노드로서 노드(8)가 재지정되면서 클러스터 위상이 변경될 수 있고, 노드(1)는 핸드오프를 통해 새로운 셀의 기지국(22)과 연결되면서 새로운 클러스터 게이트웨이 노드로 지정되어 전송 경로를 재설정할 수 있다.In a cluster-based ad hoc network, a situation in which a transmission path is changed may have the following two cases. First, the path between cluster nodes is lost and the path is reconfigured. For example, when the link between the node 1 and the node 2 is lost on the transmission path from the node 1 receiving a service in the area of the cell 40 to the node 5 via the node 2 , a transmission path from node 1 to node 5 may be changed to a transmission path from node 4 to node 5 via node 3 . Second, the cluster gateway node 1 is unable to perform its role and thus the cluster topology is reset. When the node 1 performing the role of the cluster gateway node moves out of the area of the cell 40 and cannot serve as the cluster gateway node while performing handoff, the node 8 as the cluster gateway node is reassigned. The cluster phase may be changed, and the node 1 may be designated as a new cluster gateway node while being connected to the base station 22 of a new cell through handoff to re-establish a transmission path.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 노드의 기능 구성도이다.3 is a functional configuration diagram of a cluster node according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 클러스터 노드(300)는 클러스터 처리부(310), 프로토콜 처리부(320), 전송 처리부(330), 빔선택 스위치(340) 및 무선 자원 관리기(350)를 포함한다. 클러스터 노드(300)는 클러스터 내 노드를 의미한다. Referring to FIG. 3 , the cluster node 300 includes a cluster processing unit 310 , a protocol processing unit 320 , a transmission processing unit 330 , a beam selection switch 340 , and a radio resource manager 350 . The cluster node 300 refers to a node within a cluster.

무선 자원 관리기(350)는 기지국 영역 내의 무선 자원 관리 기능과 클러스터 영역 안의 노드에 대한 무선 자원 관리 기능을 수행한다. 무선 자원 관리기(350)는 노드의 이동체 위치 벡터를 활용하여 클러스터 링크 자원을 할당하고, 이 자원은 스위칭 및 릴레이 영역의 구성에 활용된다. The radio resource manager 350 performs a radio resource management function within the base station area and a radio resource management function for nodes within the cluster area. The radio resource manager 350 allocates cluster link resources by utilizing the node's moving object position vector, and the resources are utilized for the configuration of the switching and relay areas.

클러스터 노드(300)는 하나 이상의 클러스터 링크를 갖고, 각각의 노드들과 동적으로 클러스터 링크를 구성하며, 해당 클러스터 링크에 대한 프로토콜을 생성한다. The cluster node 300 has one or more cluster links, dynamically configures a cluster link with each node, and creates a protocol for the cluster link.

클러스터 처리부(310)는 운영모드 관리부(311), 클러스터 관리부(312), 디스커버리 관리부(313), 라우팅 관리부(314) 및 라우팅 테이블(315)을 포함할 수 있다. 운영모드 관리부(311)는 노드의 연결 상태에 따라 노드의 상태 제어 및 동작 모드 제어를 수행한다. 노드의 상태 및 동작 모드는 클러스터 게이트웨이, 클러스터 릴레이, 클러스터 슬레이브로 분류될 수 있다. 클러스터 관리부(312)는 디스커버리 관리부(313)로부터 수신된 인접 노드 집단을 이동체 위치 벡터에 따라 클러스터로 구성하여 관리하는 기능을 수행한다. 라우팅 테이블(315)은 해당 클러스터 노드(300)와 연결을 제공할 수 있는 이웃 노드의 리스트와 제공 가능한 QoS(예를 들면, 데이터 최소/최대 전송률) 관련 정보를 저장한다. 디스커버리 관리부(313)는 주변 통신 범위에서 일정 수준 이상의 QoS(예를 들면, 채널 품질, 전송률)로 연결을 제공할 수 있는 노드를 탐색하고, 탐색된 노드와 통신 가능한 노드들의 리스트를 이웃 노드로 관리한다. 라우팅 관리부(314)는 통신 계층을 제어하여 클러스터 링크로 연결된 인접 노드에 데이터를 전송할 수 있도록 통신 경로를 관리한다. 또한 라우팅 관리부(314)는 해당 노드를 경유하는 세션들의 정보를 관리한다. The cluster processor 310 may include an operation mode manager 311 , a cluster manager 312 , a discovery manager 313 , a routing manager 314 , and a routing table 315 . The operation mode management unit 311 performs state control and operation mode control of the node according to the connection state of the node. The state and operation mode of a node may be classified into a cluster gateway, a cluster relay, and a cluster slave. The cluster manager 312 configures and manages a cluster of adjacent nodes received from the discovery manager 313 as a cluster according to the moving object position vector. The routing table 315 stores a list of neighboring nodes that can provide a connection to the corresponding cluster node 300 and information related to QoS (eg, minimum/maximum data transfer rates) that can be provided. The discovery management unit 313 searches for a node capable of providing a connection with a QoS (eg, channel quality, transmission rate) above a certain level in the surrounding communication range, and manages a list of nodes that can communicate with the discovered node as a neighbor node. do. The routing manager 314 controls the communication layer and manages a communication path so that data can be transmitted to adjacent nodes connected by a cluster link. Also, the routing manager 314 manages information on sessions passing through the node.

프로토콜 처리부(320)는 다중 접속을 가능하게 하는 다중 프로토콜을 지원한다. 이때 프로토콜 처리부(320)는 하나의 RRC(Radio Resource Control) 계층과 링크별 PDCP(Packet Data Convergence Protocol 계층, RLC(Radio Link Control)계층 및 MAC(Medium Access Control) 계층을 포함한다. The protocol processing unit 320 supports multiple protocols enabling multiple access. In this case, the protocol processing unit 320 includes one Radio Resource Control (RRC) layer, a Packet Data Convergence Protocol (PDCP) layer, a Radio Link Control (RLC) layer, and a Medium Access Control (MAC) layer for each link.

전송 처리부(330)는 물리계층(phy) 상에서 복수의 빔을 통해 전송을 처리한다. 특히, 전송 처리부(330)는 빔 선택 스위치(340)에 의해 선택된 최적빔으로 물리계층을 전환시킨 후, 최적빔을 통해 전송을 수행할 수 있다.The transmission processing unit 330 processes transmission through a plurality of beams on a physical layer (phy). In particular, the transmission processing unit 330 may perform transmission through the optimum beam after switching the physical layer to the optimum beam selected by the beam selection switch 340 .

빔 선택 스위치(340)는 물리계층(phy)에 수신된 빔을 측정하고, 측정된 빔을 토대로 최적 빔을 선택한다. The beam selection switch 340 measures a beam received in the physical layer phy, and selects an optimal beam based on the measured beam.

클러스터 노드(300)는 서비스 중앙 처리 유닛(central processing unit, CPU)이나 기타 칩셋, 마이크로프로세서 등으로 구현되는 프로세서(도면으로 도시하지 않음)에 의해 앞에서 설명한 클러스터 처리부(310), 프로토콜 처리부(320), 전송 처리부(330), 빔선택 스위치(340) 및 무선 자원 관리기(350)의 적어도 일부의 기능을 수행할 수 있다. 프로세서는 클러스터 처리부(310), 프로토콜 처리부(320), 전송 처리부(330), 빔선택 스위치(340) 및 무선 자원 관리기(350)의 적어도 일부의 기능을 구현하기 위한 프로그램 명령을 메모리에 로드시켜, 해당 기능을 위한 동작이 수행되도록 할 수 있다.The cluster node 300 includes the cluster processing unit 310 and the protocol processing unit 320 as described above by a service central processing unit (CPU) or a processor (not shown in the drawings) implemented by other chipsets, microprocessors, etc. , the transmission processing unit 330 , the beam selection switch 340 , and at least some functions of the radio resource manager 350 . The processor loads program instructions for implementing at least some of the functions of the cluster processing unit 310, the protocol processing unit 320, the transmission processing unit 330, the beam selection switch 340 and the radio resource manager 350 into the memory, An operation for the corresponding function may be performed.

도 4는 도 3에 도시된 빔 선택 스위치의 구조도이다. FIG. 4 is a structural diagram of the beam selection switch shown in FIG. 3 .

도 4를 참고하면, 빔 선택 스위치(340)는 빔 측정기(341), 빔 선택기(342), L3 필터링부(343, 344), 그리고 빔 및 클러스터 선택기(345)를 포함한다.Referring to FIG. 4 , the beam selection switch 340 includes a beam measurer 341 , a beam selector 342 , L3 filtering units 343 and 344 , and a beam and cluster selector 345 .

빔 측정기(341)는 물리계층에 수신된 빔을 측정하고, 측정된 빔을 필터링하여 빔 선택기(342) 및 L3 필터링부(343)에 전달한다.The beam measurer 341 measures a beam received in the physical layer, filters the measured beam, and transmits it to the beam selector 342 and the L3 filtering unit 343 .

빔 선택기(342)는 물리계층에 수신된 빔 및 기지국으로부터 수신된 주변셀 정보를 기반으로 최적 빔 및 셀을 선정한다.The beam selector 342 selects an optimal beam and cell based on a beam received in the physical layer and information about a neighboring cell received from the base station.

L3 필터링부(344)는 상위계층 구성 정보를 통해 기지국 기반 셀에 따라 마스터 링크를 설정하고, 최적 빔 접속 절차를 수행한다.The L3 filtering unit 344 establishes a master link according to a base station-based cell through higher layer configuration information and performs an optimal beam access procedure.

L3 필터링부(343)는 L3 제어 메시지를 통해 수신된 이웃노드 정보, 이동체 위치 벡터 정보, 노드 ID 등의 클러스터 정보를 필터링하여 빔 및 클러스터 선택기(345)로 전달한다. L3 필터링부(343)는 빔 측정기(341)를 통해 수신한 빔 정보를 빔 및 클러스터 선택기(345)로 전달한다. 빔 및 클러스터 선택기(345)는 클러스터 정보를 기반으로 병합될 클러스터를 선정하고, 빔 정보를 기반으로 경로를 설정할 빔을 선택하여 주변 노드 ID와 NRS(Node Reference Signal)를 교환하여 동기를 맞추고, 클러스터 링크를 설정하여, 클러스터들을 병합한다.The L3 filtering unit 343 filters cluster information, such as neighbor node information, moving object position vector information, and node ID, received through the L3 control message, and transmits it to the beam and cluster selector 345 . The L3 filtering unit 343 transfers the beam information received through the beam measurer 341 to the beam and cluster selector 345 . The beam and cluster selector 345 selects a cluster to be merged based on the cluster information, selects a beam to set a path based on the beam information, exchanges a neighbor node ID with a Node Reference Signal (NRS) for synchronization, and performs cluster Establish a link to merge clusters.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 계층의 헤더를 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a header of a cluster layer according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 클러스터 내 노드의 릴레이를 통해 라우팅되는 경우, 패킷은 클러스터 계층의 헤더를 포함할 수 있다. 패킷은 클러스터 계층의 헤더를 통해 최종 노드로 릴레이된다. 클러스터 계층의 헤더는 목적지 클러스터 노드 ID 및 소스 클러스터 노드 ID를 포함할 수 있다. 목적지 클러스터 노드 ID는 목적기 클러스트의 클러스터 게이트웨이 또는 다중 경로로 전송되는 경우 분기 노드 ID를 나타낼 수 있다. 소스 클러스터 노드 ID는 소스 클러스터의 클러스터 게이트웨이 또는 다중 경로로 전송되는 경우 분기 노드 ID를 나타낼 수 있다. 또한 노드가 현재 네트워크에 접속되어 있는 연결 링크 상태 정보 및 릴레이 기능의 특성에 따라 전송되는 PDU 프로토콜 계층 정도도 클러스터 계층의 헤더에 포함될 수 있다. Referring to FIG. 5 , when routed through a relay of a node in a cluster, a packet may include a header of a cluster layer. The packet is relayed to the final node through the header of the cluster layer. The header of the cluster layer may include a destination cluster node ID and a source cluster node ID. The destination cluster node ID may indicate a branch node ID when transmitted to a cluster gateway or multi-path of the destination cluster. The source cluster node ID may indicate the branch node ID when transmitted to the cluster gateway or multipath of the source cluster. Also, the PDU protocol layer level transmitted according to the connection link state information in which the node is currently connected to the network and the characteristics of the relay function may be included in the header of the cluster layer.

각각의 노드는 수신된 라우팅 테이블을 통해 클러스터 계층을 헤더를 포함한 패킷을 라우팅한다.Each node routes the packet including the header through the cluster layer through the received routing table.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 노드의 상태 천이도이다.6 is a state transition diagram of a cluster node according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참고하면, 클러스터 노드는 기지국 접속 상태에서 네트워크에 접속되고, 클러스터 정보를 수신한다. 수신된 정보를 기반으로 주변 노드를 탐색하여 병합 가능한 클러스터 노드를 선정하여 접속하고 관련 정보를 송신한다. Referring to FIG. 6 , a cluster node is connected to a network in a base station access state and receives cluster information. Based on the received information, it searches for neighboring nodes, selects a cluster node that can be merged, connects, and transmits related information.

클러스터 노드는 클러스터 병합 상태에서 클러스터에 병합되면, 기지국을 통해 클러스터 게이트웨이 여부를 수신하고 라우팅 경로 정보를 수신한다. 이때 클러스터 노드는 수신된 정보에 따라 클러스터 게이트웨이 상태 또는 클러스터 릴레이 상태가 되어, 게이트웨이 또는 릴레이 프로토콜을 동작시켜 경로를 제공할 수 있다. When a cluster node is merged into a cluster in the cluster merge state, it receives whether it is a cluster gateway through the base station and receives routing path information. At this time, the cluster node may be in a cluster gateway state or a cluster relay state according to the received information, and may provide a route by operating a gateway or a relay protocol.

클러스터 노드는 링크 연결 상태에 따라 클러스터 게이트웨이 상태, 클러스터 릴레이 상태 및 클러스터 슬레이브 상태가 된다. A cluster node becomes a cluster gateway state, a cluster relay state, and a cluster slave state according to the link connection state.

클러스터 노드는 기지국과 직접 연결이 끊긴 경우에 클러스터 경로가 확보되어 있다면 라우팅 정보를 통해 릴레이 상태의 노드와 통신하고, 기지국 접속 및 클러스터 접속 설정이 되어 있지 않은 경우, 주변 노드를 탐색하여 접속 가능한 주변 노드로부터 클러스터 정보를 수신하고, 수신된 클러스터 정보를 기반으로 주변 노드 탐색을 통해 클러스터 병합을 시도한다. A cluster node communicates with a node in relay state through routing information if a cluster path is secured when the direct connection with the base station is disconnected. Receives cluster information from , and attempts cluster merging by searching for neighboring nodes based on the received cluster information.

또한 클러스터 노드는 RRC 비활성화(inactive) 상태와 유휴(idle) 상태를 지원한다.In addition, the cluster node supports RRC inactive state and idle state.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 운영 방법을 나타낸 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a cluster operating method according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 기지국이 동작을 시작하면(S702), 기지국은 기지국 영역의 클러스터를 관리한다. Referring to FIG. 7 , when the base station starts operation ( S702 ), the base station manages a cluster in the base station area.

기지국은 클러스터 게이트웨이 노드 선정 절차에 따라 클러스터 게이트웨이 노드를 선정하고(S704), 선정된 클러스터 게이트웨이 노드가 클러스터 게이트웨이 모드를 수행하기 위한 프로토콜 스택을 생성하고 운영한다(S706). The base station selects a cluster gateway node according to the cluster gateway node selection procedure (S704), and creates and operates a protocol stack for the selected cluster gateway node to perform the cluster gateway mode (S706).

기지국은 이동체 위치 벡터에 따라 네트워크 기반 빔 자원을 할당한다(S708). The base station allocates a network-based beam resource according to the mobile position vector (S708).

기지국은 클러스터 게이트웨이 노드가 기지국 영역을 이탈하는 경우(S710), 이에 대한 핸드오버 준비를 수행한다(S712). When the cluster gateway node leaves the base station area (S710), the base station performs handover preparation for this (S712).

기지국은 클러스터 게이트웨이 노드가 기지국 영역을 이탈하지 않은 경우, 클러스터 게이트웨이 노드의 변경이 필요한지 판단하고(S714), 클러스터 게이트웨이 노드의 변경이 필요한 경우 클러스터 게이트웨이 재선정 절차를 수행하여, 클러스터 게이트웨이 노드를 재선정하고, 재선정된 클러스터 게이트웨이 노드가 클러스터 게이트웨이 모드를 수행하기 위한 프로토콜 스택을 생성하고 할당한다(S716). If the cluster gateway node does not leave the base station area, the base station determines whether a change in the cluster gateway node is necessary (S714) , the reselected cluster gateway node creates and allocates a protocol stack for performing the cluster gateway mode (S716).

또한 기지국은 클러스터 게이트웨이 노드의 변경이 불필요한 경우, 릴레이 모드 변경이 필요한지 판단하고(S718), 릴레이 모드 변경이 필요한 경우 클러스터 게이트웨이 노드가 릴레이 모드를 수행하기 위한 프로토콜 스택을 생성한다(S720). In addition, when the change of the cluster gateway node is unnecessary, the base station determines whether a relay mode change is necessary (S718), and when the relay mode change is necessary, creates a protocol stack for the cluster gateway node to perform the relay mode (S720).

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 이동체 위치 벡터 운용 방법을 나타낸 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a method of operating a moving object position vector according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참고하면, 기지국은 이동체 벡터 규칙 및 빔 구성 정보를 클러스터 게이트웨이 노드 및 후보 노드에 방송 정보를 통해 전송한다. 이동체 벡터 규칙 정보에는 이동체 벡터 생성 규칙, 이동체 벡터 재생성 규칙 및 이동체 벡터 보고 규칙 정보가 포함될 수 있다. Referring to FIG. 8 , the base station transmits the mobile vector rule and beam configuration information to the cluster gateway node and the candidate node through broadcast information. The moving object vector rule information may include moving object vector generation rule, moving object vector regeneration rule, and moving object vector reporting rule information.

클러스터 노드는 빔 구성 및 이동체 벡터 생성 규칙을 수신하면(S810), 이를 기준으로 빔 측정을 수행하고(S820), 측정된 빔 정보를 기반으로 빔을 선택한다(S830).When the cluster node receives the beam configuration and moving object vector generation rule (S810), it performs beam measurement based on it (S820), and selects a beam based on the measured beam information (S830).

클러스터 노드는 주변 노드 정보 및 주변 빔 정보를 수집하고(S840), 이동체 벡터 생성 규칙에 따라 이동체 위치 벡터를 생성한다(S850). 또한 클러스터 노드는 이동체 벡터 갱신 규칙에 따라 이동체 위치 벡터를 갱신할 수 있다(S860). The cluster node collects neighboring node information and neighboring beam information (S840), and generates a moving object position vector according to the moving object vector generation rule (S850). Also, the cluster node may update the moving object position vector according to the moving object vector update rule ( S860 ).

클러스터 노드는 수신된 이동체 벡터 보고 규칙에 따라 이동체 벡터 정보를 보고한다(S870). The cluster node reports mobile vector information according to the received mobile vector reporting rule (S870).

클러스터 노드는 생성된 이동체 위치 벡터를 기반으로 병합 노드를 확보하고, 클러스터에 병합된다. The cluster node secures a merge node based on the generated moving object position vector, and is merged into the cluster.

클러스터는 이동체의 이동방향, 이동 속도를 기반으로 구성될 수 있다. 클러스터 노드는 이동체 위치 벡터에 기반한 방향성 식별을 위해 각 NRS와 BRS(Beam Reference Signal)들을 시간 또는 주파수로 분할하여 전송하는 빔스위핑 동작을 통해 클러스터를 구성하며, 송신빔 및 수신빔 모두 빔스위핑 동작이 수행된다. 송신빔 및 수신빔의 빔스위핑 동작을 통해 각 클러스터 노드는 상대 노드의 최적 송신빔과 자신의 최적 수신빔 정보를 확인할 수 있게 된다. The cluster may be configured based on the moving direction and moving speed of the moving object. A cluster node configures a cluster through a beam sweeping operation that divides each NRS and BRS (Beam Reference Signal) by time or frequency for directionality identification based on a moving object position vector and transmits them. is carried out Through the beam sweeping operation of the transmit beam and the receive beam, each cluster node can check the optimal transmit beam of the counterpart node and its own optimal receive beam information.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 게이트웨이 노드의 설정 방법을 나타낸 순서도이다.9 is a flowchart illustrating a method for configuring a cluster gateway node according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참고하면, 기지국은 노드에서 측정되는 빔별 SINR을 수집하고(S902), 각 노드의 빔별 SINR(Signal to Interference and Noise Ratio) 중 가장 좋은 SINR을 가지는 빔별 노드를 빔별 기준 노드로 선택한다(S904).Referring to FIG. 9, the base station collects the SINR for each beam measured by the node (S902), and selects the beam-by-beam node having the best SINR among the beam-specific SINR (Signal to Interference and Noise Ratio) of each node as the reference node for each beam (S902) ( S904).

기지국은 선택된 선택된 빔별 기준 노드를 클러스터 게이트웨이 후보에 포함시키고, 빔별 기준 노드의 SINR을 토대로 클러스터 게이트웨이 설정을 위한 우선 순위를 부여한다. 이때 클러스터 게이트웨이 설정을 위한 우선 순위 부여를 위해 SINR 외에 다른 파라미터가 추가될 수 있다. The base station includes the selected selected reference node for each beam in the cluster gateway candidate, and gives priority for cluster gateway configuration based on the SINR of the reference node for each beam. In this case, other parameters may be added in addition to SINR to give priority to cluster gateway configuration.

기지국은 클러스터 게이트웨이 후보에 포함된 빔별 기준 노드의 SINR을 비교하고, 가장 좋은 SINR을 갖는 기준 노드를 클러스터 게이트웨이로 설정하고, 클러스터 게이트웨이로 설정된 기준 노드의 빔을 기준 빔으로 설정한다(S906). The base station compares the SINR of the reference node for each beam included in the cluster gateway candidate, sets the reference node having the best SINR as the cluster gateway, and sets the beam of the reference node set as the cluster gateway as the reference beam (S906).

기지국은 클러스터 게이트웨이로 설정된 기준 노드에서 측정되는 인접 빔에서의 기준 노드를 후보 노드로 설정하고 이 빔을 후보 빔으로 설정한다(S908). 클러스터 게이트웨이로 설정된 기준 노드에서 측정되는 복수의 빔 중에서 기준빔 이외의 빔에서는 다른 노드가 기준 노드로 설정될 수 있다. 이때 기준빔 이외의 빔이 후보 빔으로 설정되고, 이 후보 빔에서의 기준 노드가 후보 노드로 설정된다. The base station sets the reference node in the adjacent beam measured by the reference node set as the cluster gateway as the candidate node and sets this beam as the candidate beam (S908). Among the plurality of beams measured by the reference node set as the cluster gateway, other nodes may be set as the reference node in beams other than the reference beam. At this time, a beam other than the reference beam is set as a candidate beam, and a reference node in the candidate beam is set as a candidate node.

기지국은 기준 빔의 후보 빔에 속하지 않는 클러스터 게이트웨이 노드를 유지하고(S910), 기지국 영역의 기준빔 타이머를 구동한다(S912). 이는 기준빔이 변경되어 클러스터 게이트웨이가 변경되는 경우에, 기존의 클러스터 게이트웨이가 속한 빔이 무선 상황 변경에 따라 후보 빔에 없을 수 있다. 이때 핑퐁 현상을 방지하기 위해 클러스터 게이트웨이를 변경하기 전에 일정 시간 동안 기존의 클러스터 게이트웨이 노드를 유지한다. The base station maintains a cluster gateway node that does not belong to a candidate beam of the reference beam (S910), and drives a reference beam timer in the base station area (S912). In this case, when the cluster gateway is changed because the reference beam is changed, the beam to which the existing cluster gateway belongs may not be in the candidate beam according to the change of the radio condition. In this case, to prevent ping-pong, the existing cluster gateway node is maintained for a certain period of time before changing the cluster gateway.

기지국은 기지국 영역의 기준 빔 및 후보 빔을 설정하고(S914), 이전 기준빔과 새로 설정된 기준빔에 대한 기준 노드의 SINR을 비교하여 최적빔을 재설정한다(S916~S918). The base station sets a reference beam and a candidate beam in the base station area (S914), and compares the SINR of the reference node with respect to the previous reference beam and the newly set reference beam to reset the optimal beam (S916 to S918).

이와 같이, 기지국은 주기적으로 각 노드에서 측정되는 빔별 SINR을 수집하고, 각 노드의 빔별 SINR(Signal to Interference and Noise Ratio)을 토대로 기준빔을 설정하고, 기준빔에서의 SINR이 가장 좋은 노드를 기준 노드로 설정하여, 이 기준 노드를 클러스터 게이트웨이로 선정하며, 주기적으로 각 노드에서 측정되는 빔별 SINR를 토대로 클러스터 게이트웨이를 변경한다.In this way, the base station periodically collects the SINR for each beam measured at each node, sets a reference beam based on the SINR (Signal to Interference and Noise Ratio) for each beam of each node, and uses the node with the best SINR in the reference beam. Set as a node, select this reference node as a cluster gateway, and periodically change the cluster gateway based on the SINR for each beam measured at each node.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터를 설정하고 운영하는 방법을 나타낸 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating a method of setting up and operating a cluster according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참고하면, 클러스터 노드에서 릴레이 서비스를 시작하기 위해서는 네트워크 인프라에 해당하는 이동통신 네트워크의 노드 즉, 기지국과 접속하는 접속 절차가 수행된다(S1010, S1020). 클러스터는 전달망에 해당하고, 클러스터 내 양 끝 단에 있는 클러스터 노드는 사용자 단말과 연결을 위한 사용자 접속 네트워크와 이동통신 네트워크에 접속된다. Referring to FIG. 10 , in order to start a relay service in a cluster node, an access procedure for accessing a node of a mobile communication network corresponding to a network infrastructure, that is, a base station is performed ( S1010 and S1020 ). A cluster corresponds to a transmission network, and the cluster nodes at both ends of the cluster are connected to a user access network and a mobile communication network for connection with a user terminal.

기지국은 릴레이 모드의 기능 분산을 제공하는 경우에는 각각의 프로토콜 계층의 인터페이스를 제공한다. L3 릴레이의 경우는 클러스터 게이트웨이가 해당될 수 있다. 릴레이 전송 방식에 따라 클러스터 노드간 접속 절차를 수행한다(S1030). 이에 대해서는 도 11을 참고로 하여 자세하게 설명한다. The base station provides the interface of each protocol layer when providing function distribution in the relay mode. In the case of L3 relay, a cluster gateway may correspond. A connection procedure between cluster nodes is performed according to the relay transmission method (S1030). This will be described in detail with reference to FIG. 11 .

클러스터가 구성되면, 클러스터 노드 및 클러스터 게이트웨이는 주기적으로 클러스터 노드의 전송 성능을 측정하여 측정된 성능 정보를 클러스터 제어기에 전송한다(S1040, S1050). 클러스터 제어기는 클러스터의 위상을 제어하는 기능 모듈로서, 네트워크 상에 독립적으로 존재할 수도 있고, 기지국의 기능 모듈 중 하나일 수도 있다. When the cluster is configured, the cluster node and the cluster gateway periodically measure the transmission performance of the cluster node and transmit the measured performance information to the cluster controller (S1040 and S1050). The cluster controller is a functional module that controls the phase of the cluster, and may exist independently on the network or may be one of the functional modules of the base station.

클러스터 노드 및 클러스터 게이트웨이는 측정된 성능 정보를 이용하여 경로 설정 관련 라우팅 데이터 구조를 변환한다(S1060, S1070). The cluster node and the cluster gateway convert the routing data structure related to the route setting by using the measured performance information (S1060, S1070).

클러스터 노드 및 클러스터 게이트웨이는 경로를 설정하고(S1080), 클러스터 노드간 라우팅 데이터 기반 통신을 수행한다(S1090).The cluster node and the cluster gateway establish a route (S1080) and perform routing data-based communication between the cluster nodes (S1090).

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 기반 애드혹 네트워크에서의 무선 접속 절차를 나타낸 도면이다. 11 is a diagram illustrating a radio access procedure in a cluster-based ad hoc network according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참고하면, 클러스터 노드가 서비스 망의 노드에 접속이 완료되면(S1102, S1104), 망에 이미 접속된 클러스터 게이트웨이 노드는 릴레이 노드로 설정되고(S1106), NRS를 주기적으로 전송한다(S1108). 주기적으로 전송되는 NRS는 클러스터 병합을 시도하는 노드가 수신한다. Referring to FIG. 11 , when the cluster node is connected to the node of the service network (S1102, S1104), the cluster gateway node already connected to the network is set as a relay node (S1106) and periodically transmits the NRS (S1108). ). The periodically transmitted NRS is received by the node attempting to merge the cluster.

클러스터에 접속을 시도하는 클러스터 노드는 릴레이 노드를 검색하고(S1110), 릴레이 노드 즉, 망에 이미 접속된 클러스터 게이트웨이 노드가 전송한 NRS를 수신하면, 자신의 NRS를 방송함으로써(S1112), 무선링크 설정을 요청한다. 이때 각 노드들이 전송하는 NRS는 두 노드간의 동기획득에 필요한 정보, 노드 정보, 빔 정보 등을 포함한다. A cluster node attempting to access the cluster searches for a relay node (S1110), and when receiving an NRS transmitted by a relay node, that is, a cluster gateway node already connected to the network, broadcasts its own NRS (S1112), a radio link Request settings. At this time, the NRS transmitted by each node includes information necessary for acquisition of synchronization between two nodes, node information, beam information, and the like.

또한 클러스터 노드는 정렬 정보(alignment)를 전송한다(S1114). 정렬 정보에는 송신빔 및 수신빔의 빔스위핑 동작을 통해 확인된 무선링크 설정을 요청한 노드의 노드 정보 및 최적 송신빔 정보 등이 포함된다. 이때, 클러스터 노드는 이동체 위치 벡터에 기반하여 빠른 최적빔 검색이 가능해진다. 최적빔에 대한 정보는 무선링크 설정을 요청하는 노드가 제공하며, 주변의 전송 노드의 NRS의 수신과정에서 획득될 수 있다.In addition, the cluster node transmits alignment information (alignment) (S1114). The alignment information includes node information and optimal transmission beam information of a node requesting radio link setup confirmed through the beam sweeping operation of the transmit beam and the receive beam. In this case, the cluster node enables a fast optimal beam search based on the moving object position vector. The information on the optimal beam is provided by the node requesting the radio link setup, and may be obtained in the process of receiving the NRS of a neighboring transmitting node.

클러스터 노드는 무선링크 설정을 요청하기 위해 전송하는 NRS에 정렬 정보를 포함시킬 수 있다. 한편, 무선링크 설정을 요청하는 클러스터 노드가 NRS 전송 시에 주변 노드의 최적 송신빔에 대한 정보를 포함하지 않는 경우에는 해당 정보의 전송을 위한 정렬 정보의 전송이 추가적으로 이루어진다(S1114). 해당 정렬 정보의 전송은 주변 클러스터 게이트웨이 노드를 통해 이미 제공받은 정렬 정보를 통해 클러스터 노드가 확인한 최적 송신빔를 통해 이루어진다. 또한 각 노드에서의 정렬 정보의 수신 동작은 NRS 송수신 과정에서 확인된 해당 노드들의 최적 수신빔들을 통해 이루어진다. The cluster node may include alignment information in the NRS it transmits to request radio link setup. On the other hand, when the cluster node requesting radio link setup does not include information on the optimal transmission beam of the neighboring node during NRS transmission, the transmission of alignment information for transmission of the corresponding information is additionally performed (S1114). The corresponding alignment information is transmitted through the optimal transmission beam confirmed by the cluster node through the alignment information already provided through the neighboring cluster gateway node. In addition, the reception operation of the alignment information in each node is performed through the optimal reception beams of the corresponding nodes confirmed in the NRS transmission/reception process.

클러스터 게이트웨이 노드는 무선링크 설정을 요청하는 노드에서 전송된 NRS를 수신한 후에, 이에 대한 정렬 정보를 수신함으로써, 클러스터 노드와 동기화를 수행한다. The cluster gateway node synchronizes with the cluster node by receiving the NRS transmitted from the node requesting radio link establishment and then receiving the alignment information.

다음, 클러스터 게이트웨이 노드는 클러스터 노드와 무선 링크를 설정한다(S1116).Next, the cluster gateway node establishes a wireless link with the cluster node (S1116).

무선 링크 설정이 완료되면, 클러스터 노드는 클러스터 게이트웨이 노드를 통해 클러스터에 병합된다. When the radio link establishment is completed, the cluster node is merged into the cluster through the cluster gateway node.

클러스터 게이트웨이 노드는 클러스터에 병합된 노드 정보를 제어기에 송신하고, 제어기는 이를 기반으로 플로우(Flow)를 설정하고 이를 각 클러스터 노드에 전송한 후(S1118) 실행 명령을 보낸다.The cluster gateway node transmits the node information merged into the cluster to the controller, and the controller sets a flow based on this and transmits it to each cluster node (S1118) and sends an execution command.

이와 같이 하여 클러스터 초기 접속 절차가 완료되면, 클러스터 위상 결정 절차가 진행된다. When the cluster initial access procedure is completed in this way, the cluster phase determination procedure proceeds.

릴레이 노드로 선정된 클러스터 게이트웨이 노드는 주변 노드를 탐색한다(S1120). The cluster gateway node selected as the relay node searches for neighboring nodes (S1120).

클러스터 노드들은 연결 성능 레벨 RTT(Round Trip Time) 측정 메시지(Connection Capability level RTT measurement)를 클러스터 게이트웨이 노드로 전송하고(S1122), 클러스터 게이트웨이 노드는 연결 성능 레벨 RTT 측정 메시지(Connection Capability level RTT measurement)를 클러스터 노드들로 전송한다(S1124). 각 클러스터 노드는 전송 성능을 나타내는 RTT 값을 측정한다. 클러스터 노드는 순방향 링크(Forward link)와 역방향 링크(Reverse link)의 전송 성능이 다르므로 각각 별개로 측정하고, 측정된 정보를 포함한 연결 성능 레벨 RTT 측정 메시지(Connection Capability level RTT measurement)를 클러스터 제어기에 전송한다(S1128). 클러스터 노드는 연결 성능 레벨 RTT 측정 메시지(Connection Capability level RTT measurement)에서 해당 노드에 적용되는 필드를 채움으로써 최종 노드에서 경로에 대한 전송 성능 및 빔 위상을 측정할 수 있도록 한다. 필드는 측정된 RTT 값에 대한 타임스탬프 값을 포함할 수 있다. 필드는 전송 성능 및 경로 정보를 파악할 수 있는 정보를 포함할 수 있다. The cluster nodes transmit a connection capability level RTT measurement message (Connection Capability level RTT measurement) to the cluster gateway node (S1122), and the cluster gateway node transmits a connection capability level RTT measurement message (Connection Capability level RTT measurement) It is transmitted to the cluster nodes (S1124). Each cluster node measures the RTT value representing the transmission performance. Since the transmission performance of the forward link and the reverse link of the cluster node is different, each is measured separately, and a Connection Capability level RTT measurement message including the measured information is sent to the cluster controller. It transmits (S1128). The cluster node allows the final node to measure the transmission performance and beam phase for the path by filling the fields applied to the node in the Connection Capability level RTT measurement message. The field may include a timestamp value for the measured RTT value. The field may include information for identifying transmission performance and path information.

클러스터 노드들은 메시지 전송을 통해 지속적으로 빔 정렬을 수행한다. 클러스터 노드들은 노드들간의 메시지 송수신을 통해 빔 정렬을 수행할 수 있다. Cluster nodes continuously perform beam alignment through message transmission. Cluster nodes may perform beam alignment through message transmission/reception between nodes.

클러스터 게이트웨이 노드는 주변 노드를 탐색하고 나면, 탐색된 주변 노드의 정보를 전송한다(S1126). After the cluster gateway node discovers the neighboring nodes, it transmits information on the discovered neighboring nodes (S1126).

클러스터 제어기는 이 정보를 기반으로 이동체 위치 벡터 기반 릴레이 대상 노드를 선정한 후 서비스 협상을 수행하여, 릴레이 영역을 설정한다(S1130~S1134).The cluster controller selects a relay target node based on the moving object location vector based on this information and then performs service negotiation to establish a relay area (S1130 to S1134).

또한 클러스터 제어기는 전송 경로를 제어하고, 경로 설정을 재구성하여, 라우팅 테이블을 업데이트한다(S1136). In addition, the cluster controller controls the transmission path, reconfigures the path setting, and updates the routing table (S1136).

클러스터 위상 결정 절차가 완료된 이후에는 클러스터 위상 재구성 절차가 진행된다. After the cluster phase determination procedure is completed, the cluster phase reconfiguration procedure is performed.

릴레이 노드로 동작하는 클러스터 노드에서는 연결 성능 레벨 RTT 측정 메시지(Connection Capability level RTT measurement)를 단독으로 전송하거나 전송 성능을 갱신하기 위해 기타 제어 메시지에 피기백 형식으로 전송할 수 있다(S1140, S1142). 연결 성능 레벨 RTT 측정 메시지(Connection Capability level RTT measurement)는 주기적으로 생성될 수 있고, 경로 재구성이 필요한 경우 이벤트 생성에 따라 측정될 수도 있다.A cluster node operating as a relay node may transmit a connection capability level RTT measurement message alone or may transmit it in a piggyback format to other control messages to update transmission performance (S1140, S1142). Connection capability level RTT measurement message (Connection Capability level RTT measurement) may be generated periodically, and may be measured according to event generation when path reconfiguration is required.

클러스터 제어기는 수신되는 연결 성능 레벨 RTT 측정 메시지(Connection Capability level RTT measurement)를 토대로 라우팅 테이블을 업데이트할 수 있다(S1144, S1146). The cluster controller may update the routing table based on the received Connection Capability level RTT measurement message (S1144, S1146).

모든 노드들은 이동성을 가지고 있고 무선 상황에 따라 전송 성능이 변경되고 인접 노드들의 상황도 변한다. 따라서, 주기적으로 경로를 재설정해야 한다. 따라서, 위상 결정 절차 및 위상 재구성 절차가 주기적으로 반복됨으로써, 클러스터를 구성할 때 상황에 따라 통신이 가능한 노드를 변경하고, 최적의 경로를 설정할 수 있다. 또한 이 과정에서 이동체 위치 벡터를 이용하여 메시지 수신이 필요한 노드를 한정하고, 한정된 노드만이 릴레이를 수행할 수 있도록 하여, 불필요한 데이터 송수신을 방지하고 통신의 신뢰성을 높일 수 있다.All nodes have mobility, and transmission performance is changed according to radio conditions, and the conditions of neighboring nodes also change. Therefore, it is necessary to periodically re-route. Accordingly, by periodically repeating the phase determination procedure and the phase reconfiguration procedure, it is possible to change nodes capable of communication according to circumstances when configuring a cluster, and to set an optimal path. In addition, in this process, nodes requiring message reception are limited by using the moving object position vector, and only limited nodes can perform relay, thereby preventing unnecessary data transmission/reception and improving communication reliability.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 노드가 클러스터 병합 상태에서 릴레이 상태로 천이하기 위한 클러스터 무선 접속 절차를 나타낸 도면이다.12 is a diagram illustrating a cluster radio access procedure for a cluster node to transition from a cluster merge state to a relay state according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참고하면, 클러스터 노드가 클러스터링 요청을 제어기에 전송하면(S1202), 제어기는 클러스터에 병합된 클러스터 노드에게 릴레이 노드로의 모드 전환을 지시한다(S1204). 클러스터 노드는 제어기를 통해 릴레이 노드로 모드 전환을 지시 받으면, 릴레이 노드로 설정하고(S1206), 릴레이 노드로 동작한다. Referring to FIG. 12 , when the cluster node transmits a clustering request to the controller (S1202), the controller instructs the cluster node merged into the cluster to switch to the relay node mode (S1204). When the cluster node receives an instruction to change the mode to the relay node through the controller, it is set as a relay node (S1206) and operates as a relay node.

릴레이 노드로 설정된 클러스터 노드는 제어기의 요청에 따라 릴레이 노드 동작을 위해 NRS을 방송한다(S1208).A cluster node configured as a relay node broadcasts an NRS for relay node operation according to a request from a controller (S1208).

클러스터링 요청을 전송한 클러스터 노드는 NRS을 수신하면, 채널을 측정하고(S1210), 무선 접속 절차에 따라 릴레이 노드로 동작하는 클러스터 노드에 의해 클러스터에 병합된다. 클러스터링 요청을 전송한 클러스터 노드와 릴레이 노드로 동작하는 클러스터 노드간 무선 접속 절차는 도 11에서 설명한 바와 동일하게 이루어진다.When the cluster node that has transmitted the clustering request receives the NRS, it measures the channel (S1210), and is merged into the cluster by the cluster node operating as a relay node according to the radio access procedure. A radio access procedure between the cluster node that has transmitted the clustering request and the cluster node operating as a relay node is performed in the same manner as described in FIG. 11 .

이후, 클러스터링 요청을 전송한 클러스터 노드와 릴레이 노드로 동작하는 클러스터 노드 및 클러스터 제어기간 위상 결정 절차 및 위상 재구성 절차 또한 도 11에서 설명한 바와 동일하게 이루어지므로, 자세한 설명은 생략한다.Thereafter, the phase determination procedure and the phase reconfiguration procedure between the cluster node that has transmitted the clustering request and the cluster node operating as a relay node and the cluster controller are also performed in the same manner as described in FIG. 11 , and thus a detailed description thereof will be omitted.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 클러스터 노드가 기지국 연결이 끊어진 상태에서 클러스터에 병합하기 위한 클러스터 무선 접속 절차를 나타낸 도면이다.13 is a diagram illustrating a cluster radio access procedure for merging a cluster node into a cluster in a state in which a base station connection is disconnected according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참고하면, 클러스터에 병합되어 있지 않은 노드가 기지국 연결이 끊어진 상태에서 클러스터에 병합하기 위해, 클러스터링을 요청하는 클러스터 노드는 NRS를 방송한다(S1302). Referring to FIG. 13 , a cluster node requesting clustering broadcasts an NRS in order for a node not merged into the cluster to merge into the cluster in a state in which the base station connection is disconnected ( S1302 ).

클러스터링을 요청하는 클러스터 노드로부터 NRS를 수신한 클러스터 노드는 해당 노드의 클러스터링 요청을 제어기로 전송한다(S1304). Upon receiving the NRS from the cluster node requesting clustering, the cluster node transmits the clustering request of the corresponding node to the controller (S1304).

제어기는 클러스터 노드에게 릴레이 노드로 모드 전환을 지시한다(S1306). 클러스터 노드는 제어기를 통해 릴레이 노드로 모드 전환을 지시 받으면, 릴레이 노드로 설정하고(S1308), 릴레이 노드로 동작한다. The controller instructs the cluster node to switch the mode to the relay node (S1306). When the cluster node receives an instruction to change the mode to the relay node through the controller, it is set as a relay node (S1308) and operates as a relay node.

클러스터링 요청을 전송한 클러스터 노드는 채널을 측정하고(S1310), 무선 접속 절차에 따라 릴레이 노드로 동작하는 클러스터 노드에 의해 클러스터에 병합된다. 클러스터링 요청을 전송한 클러스터 노드와 릴레이 노드로 동작하는 클러스터 노드간 무선 접속 절차는 도 11에서 설명한 바와 동일하게 이루어진다.The cluster node that has transmitted the clustering request measures the channel (S1310), and is merged into the cluster by the cluster node operating as a relay node according to the radio access procedure. A radio access procedure between the cluster node that has transmitted the clustering request and the cluster node operating as a relay node is performed in the same manner as described in FIG. 11 .

이후, 클러스터링 요청을 전송한 클러스터 노드와 릴레이 노드로 동작하는 클러스터 노드 및 제어기간 위상 결정 절차 및 위상 재구성 절차 또한 도 11에서 설명한 바와 동일하게 이루어진다. Thereafter, the phase determination procedure and the phase reconfiguration procedure between the cluster node that has transmitted the clustering request and the cluster node operating as the relay node and the controller are also performed in the same manner as described in FIG. 11 .

본 발명의 실시 예에서는 기지국의 통신 영역에 있는 가장 좋은 성능을 가지고 있는 클러스터 게이트웨이를 통해 클러스터를 구성함으로써, 기지국의 통신 영역을 벗어나는 노드의 통신 영역을 확보할 수 있다. 각 노드는 이동 환경에 놓여 있으므로 시간 축에서 통신 성능 및 상황이 지속적으로 변화하기 때문에 가장 통신 성능이 좋은 노드가 수행해야 하는 클러스터 게이트웨이를 선정하고 변경하며, 클러스터를 구성할 때 주변에 통신 가능한 노드를 지속적으로 측정하여 상황에 따라 변경하고, 최적의 통신 경로를 찾는다. 이 과정에서 노드 또는 기지국이 보내는 신호를 가장 좋은 환경에서 받는 노드를 기준 노드로 정하고, 이 노드가 수신하는 빔을 기준 빔으로 선정하여 클러스터 환경을 재구성한다. In an embodiment of the present invention, by configuring a cluster through a cluster gateway having the best performance in the communication area of the base station, it is possible to secure the communication area of the node outside the communication area of the base station. Since each node is placed in a mobile environment, communication performance and conditions continuously change on the time axis. Therefore, the cluster gateway that the node with the best communication performance should perform is selected and changed, and when forming a cluster, nodes that can communicate It continuously measures, changes according to the situation, and finds the optimal communication path. In this process, a node that receives a signal from a node or a base station in the best environment is determined as a reference node, and the beam received by this node is selected as a reference beam to reconfigure the cluster environment.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the right.

Claims

A method for communicating nodes in a cluster-based ad hoc network, comprising:
performing an initial access procedure by exchanging a node-specific reference signal with a relay node set using a moving object position vector; and
configuring a cluster through the link established with the relay node through the initial access procedure
A communication method comprising a.